การกำเนิดไฟฟ้าและแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

1.ธรรมชาติของไฟฟ้า

.... สสารที่มีในโลกนี้ประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ซึ่งเราเรียกว่า อะตอมหรือ
ปรมาณู (Atoms)ภายในอะตอมจะประกอบไปด้วยอนุภาคไฟฟ้าเล็กๆ 3 ชนิด
คืออิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน โดยที่อิเล็กตรอนจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ
โปรตอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และในนิวตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง การอยู่ร่วม
กันของอนุภาคทั้งสามในอะตอมเป็นลักษณะที่โปรตอนและนิวตรอนร่วมกันอยู่
ตรงกลาง เรียกว่า นิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบ ๆ

2.การไหลของอิเล็กตรอน

.......ภายในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส
เป็นวง ๆ ซึ่งอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุดเรียกว่า อิเล็กตรอนอิสระ
และถ้าอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกนี้ได้รับพลังงานก็จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปอยู่ในอะตอมที่ถัดไปทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอน
พลังงานที่จะทำให้อิเล็กตรอน ในวัตถุตัวนำไหลได้ คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ซึ่งจะทำหน้าที่ทั้งการรับและจ่ายอิเล็กตรอน ซึ่งเราเรียกว่า ขั้วไฟฟ้า
โดยกำหนดไว้ว่าขั้วที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้วบวก
ขั้วที่จ่ายอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้วลบ

3.แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

.........แหล่งกำเนิดไฟฟ้ามีหลายชนิด ดังนี้

3.1 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการเสียดสีของวัตถุ
ุ ........การนำวัตถุ 2 ชนิดมาเสียดสีกันจะเกิดไฟฟ้า เรียกว่า
ไฟฟ้าสถิต
.........ผู้ค้นพบไฟฟ้าสถิตครั้งแรก คือ นักปราชญ์กรีกโบราณ
ท่านหนึ่งชื่อเทลิส(Philosopher Thales) แต่ยังไม่ทราบ
อะไรเกี่ยวกับไฟฟ้ามากนัก ..จนถึงสมัยเซอร์วิลเลี่ยมกิลเบอร์ค
(Sir William Gilbert)ได้ทดลองนำเอาแท่งอำพันถูกับ
ผ้าขนสัตว์ปรากฏว่าแท่งอำพันและผ้าขนสัตว์สามารถดูด
ผงเล็ก ๆ ได้ปรากฏการณ์นี้คือการเกิดไฟฟ้าสถิตบน วัตถุทั้งสอง

3.2 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานทางเคมีแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากพลังงานทางเคมีเป็นไฟฟ้าชนิดกระแสตรง
(Direct Current) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ

1) เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell)
......เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่ให้กระแสไฟฟ้าตรง ผู้ที่คิดค้น
ได้คนแรกคือ เคานต์อาเลสซันโดรยูเซปเปอันโตนีโออานัสตาซีโอวอลตา
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี โดยใช้แผ่นสังกะสี และแผ่นทองแดงจุ่มลงใน
สารละลายของกรดกำมะถันอย่างเจือจาง มีแผ่นทองแดงเป็นขั้วบวกแผ่น
สังกะสีเป็นขั้วลบ เรียกว่า เซลล์วอลเทอิก ...เมื่อต่อเซลล์กับวงจรภายนอก
ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลจากแผ่นทองแดงไปยังแผ่นสังกะสี
....... ขณะที่เซลล์วอลเทอิกจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับหลอดไฟแผ่นสังกะสี
จะค่อย ๆ กร่อนไปทีละน้อยซึ่งจะเป็นผลทำให้กำลังในการจ่ายกระแสไฟฟ้า
ลดลงด้วย และเมื่อใช้ไปจนกระทั่งแผ่นสังกะสีกร่อนมากก็ต้องเปลี่ยนสังกะสี
ใหม่ จึงจะทำให้การจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ต่อไปเท่าเดิม .ข้อเสียของเซลล์แบบ
นี้คือ ผู้ใช้จะต้องคอยเปลี่ยนแผ่นสังกะสีทุกครั้งที่เซลล์จ่ายกระแสไฟฟ้าลดลง
แต่อย่างไรก็ตามเซลล์วอลเทอิกนี้ ........ถือว่าเป็นต้นแบบของการประดิษฐ ์
เซลล์แห้ง (Dry Cell) หรือถ่านไฟฉายในปัจจุบัน ทั้งเซลล์เปียกและเซลล์แห้ง
นี้เรียกว่า เซลล์ปฐมภูมิ (Primary Cell) ข้อดีของเซลล์ปฐมภูมินี้ คือ
เมื่อสร้างเสร็จสามารถนำไปใช้ได้ทันที

2) เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary Cell)เป็นเซลล์ไฟฟ้าสร้างขึ้นแล้วต้องนำไปประจุไฟเสียก่อนจึงจะนำ
มาใช้ และเมื่อใช้ไฟหมดแล้วก็สามารถนำไปประจุไฟใช้ได้อีก
โดยไม่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบภายใน และเพื่อให้มีกระแสไฟฟ้า
มากจะต้องใช้เซลล ์หลายแผ่นต่อกันแบบขนานแต่ถ้าต้องการให้
แรงดันกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นก็ต้องใช้เซลล์หลาย ๆแผ่น.แบบอนุกรม
เซลล์ไฟฟ้าแบบนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า สตอเรจเซลล์ หรือ
สตอเรจแบตเตอรี่(Storage Battery)

3.3 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า........กระแสไฟฟ้าที่ได้มาจากพลังงานแม่เหล็กโดยวิธีการใช้ลวดตัวนำไฟฟ้า
ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก หรือการนำสนามแม่เหล็กวิ่งตัดผ่านลวดตัวนำอย่างใด
อย่างหนึ่ง ทั้งสองวิธีนี้จะทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลในตัวนำนั้น กระแสที่ผลิตได้
มีทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ

1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
..... หลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
อาศัยหลักการที่ตัวนำเคลื่อนที่ตัดสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงเคลื่อนที่ไฟฟ้าขึ้นในลวดตัวนำนั้น

โครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมีดังนี้
ก. ส่วนที่อยู่กับที่ ประกอบด้วย
.... โครงและขั้วแม่เหล็ก ส่วนนี้สร้างสนามแม่เหล็กหรือ
เส้นแรงแม่เหล็กและส่วนที่รับกระแสไฟออก

ข. ส่วนที่เคลื่อนที่ หรือส่วนที่หมุนเรียกว่า อาร์มาเจอร์ (Armature)
....ประกอบด้วย 1. แกนเพลา 2. แกนเหล็ก 3. คอมมิวเตเตอร์

2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
..... .มีโครงสร้างเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แต่ที่อาร์มาเจอร์
มีวงแหวนแทนคอมมิวเตเตอร์ (Commutature) หลักการทำงานของ
การเกิดมีขั้นตอนโครงสร้าง 9 ขั้นตอน

3.4 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานแสง
........ เกิดจากการที่แสงผ่านกระแสไฟฟ้า จากพลังงานสารกึ่งตัวนำ
เพราะว่าเมื่อสารกึ่งตัวนำได้รับแสง อิเล็กตรอนภายในสารหลุดออกมา
และเคลื่อนที่ได้ แหล่งกำเนิดไฟฟ้านี้ที่ใช้อยู่ปัจจุบันเรียกว่า โฟโตเซลล์
(Photo Cell) ใช้ในเครื่องวัดแสงของกล้องถ่ายรูป การปิดเปิดประตู
ลิฟต์และระบบนิรภัย เป็นต้น

3.5 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากพลังงานความร้อน .....กระแสไฟฟ้า
เกิดขึ้นจากพลังงานความร้อนโดยการนำโลหะ 2 ชนิดมายึดติดกันแล้วให้ความร้อน
จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในแท่งโลหะทั้งสอง เช่น ใช้ทองคำขาวกับคอนสแตนตันยึด
ปลายข้างหนึ่งให้ติดกัน ...และปลายอีกด้านหนึ่งของโลหะทั้งสองต่อเข้ากับเครื่องวัด
ไฟฟ้า กัลวานอร์มิเตอร์ เมื่อใช้ความร้อนเผาปลายของโลหะที่ยึดติดกันนั้น พลังงานความร้อนจะทำให้เกิดพลังงาน
ไฟฟ้าขึ้น เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเครื่องวัดไฟฟ้า

3.6 แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากแรงกด ........กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากแรงกด สารที่ถูกแรงกด หรือดึง จะเกิดกระแสไฟฟ้าผลึก
ของควอตซ์ ทัวร์มาไลท์และเกลือโรเซลล์ เมื่อนำเอาผลึกดังกล่าวมาวางไว้ระหว่างโลหะทั้งสองแผ่นแล้วออกแรงกด สารนี้จะมีไฟฟ้าออกมา
ที่ปลายโลหะทั้งสอง พลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้ต่ำมาก นำไปใช้ทำไมโครโฟน หูฟัง โทรศัพท์ หัวปิคอัพของเครื่องเล่นจานเสียง เป็นต้น

4.ชนิดของไฟฟ้า

.........ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ดังนี้

4.1 ไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นจากการเสียดสี โดยการนำสารต่างชนิดมาถูกันอิเล็กตรอนที่อยู่ในวงจรโคจรของสารทั้งสองอาจชนกันได้อาจทำให้สารชิ้นหนึ่งสูญเสีย
อิเล็กตรอนไปให้กับสารอีกชนิดหนึ่ง แต่เนื่องจากว่าสารเหล่านี้ไม่ได้ต่อกับสารภายนอกอิเล็กตรอน ไม่มีโอกาสถ่ายเทได้จึงคงอยู่ที่สารนั้น เราจึงเรียกไฟฟ้าแบบนี้ว่า
ไฟฟ้าสถิต

ประโยชน์ของไฟฟ้าสถิต
.............ไฟฟ้าสถิตสามารถนำไปใช้ในวงการอุตสาหกรรม เกี่ยวกับการพ่นสีโลหะต่าง ๆ การกรองฝุ่นและเขม่าออกจากควันไฟ
การทำกระดาษทราย เป็นต้น

โทษของไฟฟ้าสถิต ได้แก่ การเกิดฟ้าผ่า

4.2 ไฟฟ้ากระแส ไฟฟ้ากระแส เป็นไฟฟ้าที่ใช้อยู่ในบ้านพักอาศัย และในโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป ไฟฟ้ากระแสสามารถแบ่งได้ 2 ชนิดคือ

1) ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า
ไปในทิศทางเดียวกันเป็นวงจร เช่น กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ (Battery) ถ่านไฟฉายเซลล์สุริยะ ไดนาโมกระแสตรง เป็นต้น

2) ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น
ในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟส
ในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ กระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวกับสามเฟส

.................... ก. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

................ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้า
ทำให้กระแสไหลไปยังวงจรภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุน
ลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวด
ตัวนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบ
ชุดขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

..........ข. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase) ...................เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวาง
ขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า

...............ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase)ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้
สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่ง
อาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสีย
ลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น